，

(1.深圳振華富電子有限公司，廣東 深圳 518109；2.貴州大學(xué)大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

當(dāng)前電子元器件的檢測主要依靠固定測量設(shè)備，雖然傳統(tǒng)的現(xiàn)場測量技術(shù)在智能化方面已經(jīng)有很大的提升，但是面對電子元器件產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，元器件檢測復(fù)雜度提高，依舊存在檢測成本居高不下，效率偏低的問題[1]。國際上以美國國家儀器(NI)為代表的測試儀器公司率先推出計算機虛擬儀器進行測量的方式[2]。FLUK公司推出了無線測試儀器，代表了電子測量設(shè)備信息化發(fā)展趨勢，隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，信息化檢測已成為當(dāng)今測試技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[3]。

傳統(tǒng)的電子元器件檢測方法效率不高，自動化程度低?；谖锫?lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、云計算遠程測量等技術(shù)能夠應(yīng)用在電子元器件檢測上，有效提高檢測自動化水平和效率。通過對電子元器件檢測方法的信息化處理，能夠從根本上改變當(dāng)前對于電子元器件生產(chǎn)和測試過程中的檢測方法，有效提升傳統(tǒng)工業(yè)的信息化水平，使得企業(yè)生產(chǎn)效率顯著提高，為企業(yè)和國家?guī)砹己玫纳鐣б婧徒?jīng)濟效益[4-5]。

1 系統(tǒng)設(shè)計

傳統(tǒng)測試方法采用各種測試儀器配合目測測量各種數(shù)據(jù)，測試中必需通過操作者將測試探頭連接到被測對象，通過目測獲得測試結(jié)果。這種方法需求勞動力大、檢測效率低、可靠性差、數(shù)據(jù)真實性差、不能遠程測量[6]。

針對電子元器件檢測中存在的問題，設(shè)計了具有元器件自動檢測、信息化處理、遠程數(shù)據(jù)上傳及存貯等特性的電子元器件遠程檢測平臺，將電子元器件信息化自動檢測與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相結(jié)合，融合云計算模式。為傳統(tǒng)測量行業(yè)提供了一個可行的升級方案。

系統(tǒng)平臺由數(shù)據(jù)采集適配器、測試應(yīng)用服務(wù)器及Web服務(wù)器3大部分組成。數(shù)據(jù)采集適配器設(shè)計是本系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一，基于FPGA與Nios Ⅱ的電子元器件檢測系統(tǒng)，主要研究設(shè)計開發(fā)檢測設(shè)備，支持遠程檢測以及電子元件測試。其主要功能是實現(xiàn)對測試對象的分析和測試過程的控制，并根據(jù)測試服務(wù)器下達的測試業(yè)務(wù)和測試參數(shù)的要求，完成對被測對象的自動測試。

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。主要針對二端口元器件，包括電阻、二極管、電容器和超級電容器等4種電子元器件，進行相關(guān)參數(shù)測試并根據(jù)檢測內(nèi)容進行硬件部分的功能設(shè)計。前端檢測適配器完成檢測及數(shù)據(jù)采集，并通過網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的上傳。服務(wù)器端將檢測數(shù)據(jù)進行分類存儲及處理，并結(jié)合Web端開發(fā)的應(yīng)用實現(xiàn)元器件檢測數(shù)據(jù)的進一步處理，并提供對應(yīng)的信息化服務(wù)。

圖1 遠程測試系統(tǒng)架構(gòu)

2 元器件檢測模型

系統(tǒng)平臺結(jié)合主流電子元器件的檢測需求，針對二端口元器件的檢測參數(shù)內(nèi)容，構(gòu)建了元器件檢測模型。內(nèi)容上包括：電阻，主要檢測電阻值和電阻電壓系數(shù)；二極管檢測完成正向電壓、正向電流以及反向電流值的測定；電容器和超級電容器根據(jù)不同的檢測方法測量電容量、品質(zhì)因數(shù)、等效串聯(lián)電阻和損耗角正切值。檢測電子元器件的參數(shù)及測量方法，如表1所示。

表1 元器件檢測種類及方式

以二極管檢測為例，當(dāng)二極管的啟動信號變?yōu)楦唠娖綍r，測試狀態(tài)機開始運作，二極管的電壓測試范圍為200 mV～5 V，啟動后直接輸出數(shù)字電壓源的電源指令。其工作流程如圖2所示。

圖2 二極管檢測流程

3 硬件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計如前所述，其中前端元器件檢測的核心是數(shù)據(jù)采集適配器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集適配器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖5 電阻測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

主要功能由3個小模塊構(gòu)成：根據(jù)啟動信號進行數(shù)字電壓源輸出電壓值的選擇模塊；串口打印指令模塊，因為數(shù)字電壓源是通過UART串口進行配置，其配置指令根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，一部分固定，另一部分根據(jù)電壓值的不同進行更改，為了方便控制，將指令通過之前的選擇模塊，根據(jù)選擇模塊輸出的不同值，更改數(shù)字電壓源的配置指令；串口打印模塊，用于實現(xiàn)FPGA與數(shù)字電壓源的通信。

當(dāng)測試對象放入測試夾具后，適配器首先對測試對象的類型進行分析，判斷出被測對象的測試類別，然后根據(jù)測試對象的物理測試模型和測試業(yè)務(wù)需求自動產(chǎn)生測試控制進程。采集所需要的數(shù)據(jù)存儲到RAM中，再由Nios Ⅱ處理器將采集的數(shù)據(jù)進行打包和通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，最后通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊發(fā)往測試服務(wù)器。

在檢測內(nèi)容上，由于檢測的元器件分為需要計算參數(shù)、無需計算參數(shù)直接傳輸數(shù)據(jù)2種類型，所以根據(jù)判斷檢測器件種類，進行2種數(shù)據(jù)處理途徑，數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。邏輯部分將讀取完成的電壓值和電流值根據(jù)需要存儲的固定地址，存入RMA中，等待Nios Ⅱ進行調(diào)用，能做到數(shù)據(jù)存儲正確，為了方便Nios Ⅱ用特定指令讀取數(shù)據(jù)，所以在存到RMA的時候，把數(shù)據(jù)位擴充到了32位，在存儲數(shù)據(jù)之前，為了增加4路信號給Nios Ⅱ識別響應(yīng)，以及確保數(shù)據(jù)存儲的正確性，增加了1個整合模塊，功能是控制RAM的地址、數(shù)據(jù)和使能的時序。

圖4 Nios Ⅱ數(shù)據(jù)處理

4 系統(tǒng)測試

以前端檢測適配器硬件為核心，結(jié)合后端設(shè)計的數(shù)據(jù)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)端應(yīng)用服務(wù)程序，搭建了測試平臺。通過對原型系統(tǒng)的測試，運用這種信息化檢測平臺，能夠?qū)z測的數(shù)據(jù)上傳云端，為此后的多種數(shù)據(jù)應(yīng)用場景做好準(zhǔn)備。

圖6 單日電阻測試數(shù)據(jù)對比

以電阻檢測為例，系統(tǒng)平臺在企業(yè)進行測試運行6日之后，對測量的結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并對比結(jié)果，同時根據(jù)存儲的測試數(shù)據(jù)，產(chǎn)生不同類型的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如圖5所示。圖6為測試中單日測試的數(shù)值詳情，虛線部分實際測量值，實線部分為電阻的理論標(biāo)稱值。這樣，元器件生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)需要，調(diào)出相關(guān)檢測數(shù)據(jù)進行分析，更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

針對電子元器件檢測設(shè)備投入高、檢測效率低、信息化程度不高等問題，設(shè)計了一個具有元器件自動檢測、信息化處理、遠程數(shù)據(jù)上傳及存貯等功能的電子元器件遠程檢測平臺，將電子元器件檢測的的自動化、信息化相結(jié)合，融合云計算服務(wù)模式，為傳統(tǒng)行業(yè)的信息化水平的提升做出了一個可行方案，具有較好的借鑒作用。